并发编程基础

在 Java Web 开发、Jdbc 开发、Web 服务器、分布式框架时会遇到线程安全问题，这一块比较难，涉及到很多抽吸概念的理解，需要用到JVM，操作系统，计算机组成原理等知识。

概述

• 基本概念：
  • 程序：程序由指令和数据组成，但这些指令要运行，数据要读写，就必须将指令加载至 CPU，数据加载至内存。
  • 进程：进程就是用来加载指令、管理内存、管理 IO 的。当一个程序被运行，从磁盘加载这个程序的代码至内存，这时就开启了一个进程。比如在Windows系统中，一个运行的xx.exe就是一个进程。
  • 线程： 一个进程之内可以分为一到多个线程，一个线程就是一个指令流，将指令流中的一条条指令以一定的顺序交给 CPU 执行，Java 中，线程作为最小调度单位，进程作为资源分配的最小单位。
  • 并发（concurrent）是同一时间应对（dealing with）多件事情的能力。多个任务在同一个 CPU 核上，按细分的时间片轮流(交替)执行，从逻辑上来看那些任务是同时执行。
  • 并行（parallel）是同一时间动手做（doing）多件事情的能力。单位时间内，多个处理器或多核处理器同时处理多个任务，是真正意义上的“同时进行”。
  • 单核 cpu 下，线程实际还是 串行执行 的。操作系统中有一个组件叫做任务调度器，将 cpu 的时间片（windows下时间片最小约为 15 毫秒）分给不同的程序使用，只是由于 cpu 在线程间（时间片很短）的切换非常快，人类感觉是 同时运行的 。总结为一句话就是： 微观串行，宏观并行 ，

并发编程的优缺点

• 优点：

  • 通过并发编程的形式可以将多核CPU的计算能力发挥到极致（？）
  • 方便进行业务拆分，提升系统并发能力和性能：现在的系统动不动就要求百万级甚至千万级的并发量，而多线程并发编程正是开发高并发系统的基础。

• 缺点： 并发编程可能会遇到很多问题，比如：内存泄漏、上下文切换、线程安全、死锁等问题。

• 并发编程三要素：

  • 原子性：原子性指的是一个或多个操作要么全部执行成功要么全部执行失败。
  • 可见性：一个线程对共享变量的修改,另一个线程能够立刻看到。（synchronized,volatile）
  • 有序性：程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。（处理器可能会对指令进行重排序）

• 出现线程安全问题的原因：

  • 线程切换带来的原子性问题
  • 缓存导致的可见性问题
  • 编译优化带来的有序性问题

• 解决办法：

  • JDK Atomic开头的原子类、synchronized、LOCK，可以解决原子性问题
  • synchronized、volatile、LOCK，可以解决可见性问题
  • Happens-Before 规则可以解决有序性问题

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